一文掌握光热发电：核心设备与工作流程全解析
一文掌握光热发电：核心设备与工作流程全解析
光热发电是先将太阳能转化为热能，再通过热功转换发电的一个过程。具体原理为通过聚集太阳光的热量将熔盐加热，蒸汽发生系统通过实现熔盐与水之间的热交换，产生蒸汽来推动汽轮机做功进行发电。
熔盐和水的热交换原理如下：
1、高温熔盐流向原理：高温盐罐流出-熔盐进入过热器-进入再热器-经换热后在出口混合-进入蒸汽发生器-给水预热器-变成低温熔盐-返回低温盐罐。
2、水变蒸汽的流向原理：水-高压加热器-给水预热器-蒸发器-过滤器-进入汽轮机高压缸-进入再热器-进入汽轮机低压缸-排入直接空冷凝汽器（复水器）-变成水后继续循环。
光热发电设备主要有聚光系统、吸热系统、蒸汽发生器系统、发电设备系统、直接空冷系统、盐罐设备、盐泵设备、熔盐阀门、熔盐管道、管道电伴热、熔盐、电气系统等设备组成，以下对各种光热发电设备进行简单介绍。
聚光系统
将太阳光照的辐射热能反射到吸热器表面位置的一种设备。由定日镜、跟踪系统、镜场追日跟踪系统、光斑校准系统（校正相机）、辅助清洗系统、气象监测系统等构成。
1、定日镜：主要部件有镜子支架、反射镜、传动部件、连接座、立柱、电机、控制器、定控制箱、线缆等。
1.1定日镜技术参数：定日镜形状有方形和菱形两种，由多片镜子组装成一套，单套定日镜不同厂家一般由8片-35片镜片组合而成。以某品牌8片方形定日镜为例：单套定日镜反射面积为30平方米，单套定日镜由8块3.75平方米的子镜面组成，每块子镜面宽度3.125米×高度1.2米。
1.2定日镜追日功能：定日镜自动跟踪太阳，将反射光斑投射到吸热器指定的坐标位置。
1.3定日镜校正功能：为保证定日镜跟踪精度，在镜场建成之初以及镜场正常运营过程中，利用光斑校准系统（校正相机）对定日镜跟踪误差进行校正，校正相机安装在吸热器附近位置，一般需要安装8个左右校正相机对四周不同区域的定日镜进行对正。相机一般选用重载云台一体机。
吸热系统
将太阳光照的辐射热能传递给吸热器内部流动的熔盐的一种设备。由吸热塔、吸热器、管道、阀门、电伴热系统、紧急压缩空气系统、传热流体温度监测系统等设备组成。
1、吸热塔：一般采用混凝土塔，是光热电站中最高的构筑物，结构总高度一般均超过150米，近年主流的设计高度一般为180米-185米左右高度。
2、吸热器：从定日镜反射到吸热塔表面太阳辐射光能量转化为热能，且是由多个带有集箱的管屏组成的外露管式换热器，可将熔盐从290摄氏度加热到565摄氏度的设备，设计最高温度可以达到600℃左右。
蒸汽发生器系统
蒸汽发生器系统英文全称 Steam Generator System，简称SGS，可以理解为一种特殊的锅炉，通过将水加热成为蒸汽的一种设备。光热发电系统的蒸汽发生器系统一般包含预热器、蒸发器、过热器、再热器、汽包等组成。
1、预热器：一般采用卧式安装，内置U 型或蛇形管束。
2、蒸发器：可以采用卧式或立式安装，内置U 型或蛇形管束。
3、过热器：一般采用卧式安装，内置U 型管束。
4、再热器：一般采用卧式安装，内置U 型管束。
5、汽包：一般采用卧式安装，汽包用于将蒸汽汽相与水的液相分离，将干蒸汽送入过热器并保持蒸汽-水混合物的饱和状态，以保证汽包内存有一定量的水来确保汽水循环中的瞬态工况。
发电设备系统
发电设备主要有汽轮机和发电机组成。
1、汽轮机：汽轮机又名蒸汽透平机，将热能转化为机械能的一种，工作原理是基于热力学的循环原理，通过燃烧燃料来加热水并产生蒸汽，然后将蒸汽通过高速旋转的涡轮叶片转换为机械能，最终带动发电机发电。
汽轮机的主要组件包含：壳体、轴承、高压汽缸、低压汽缸、高压隔板、低压隔板、高压转子及叶片、低压转子及叶片、管道、阀门、高压导汽 管及其支吊架、低压导汽管及其支吊架、高压主汽门、高压调节汽阀、再热主气门、再热调节汽阀、抽汽逆止阀、高压排汽逆止阀、低压缸排汽隔膜阀、组合油箱、交流润滑油泵、直流事故油泵、油净化系统、本体疏水系统阀门、排汽系统阀门等。
2、发电机：将汽轮机旋转的机械能转化为电能的设备，一般光热发电都是采用直接空冷汽轮发电机组比较多。
发电机的主要组件包含：壳体、转子、定子、集电环、风叶、座式轴承、测温装置、空气冷却器、空气过滤器、发电机隔音罩、在线监测系统、绝缘过热监测装置、局部放电监测器、中性点装置、励磁变压器、电流互感器、交流进线柜、可控硅整流装置、自动调节励磁装置、灭磁柜、起始励磁电源装置等。
直接空冷系统
直接空冷凝汽器也简称为空冷岛或ACC，凝汽器是将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，又称复水器。凝汽器将汽轮机的低压缸排出的蒸汽凝结成水,重新送回锅炉进行循环。
空冷岛工作原理为汽轮机的排汽在封闭状态下，通过大直径的管道进入直接空冷凝汽器换热器的管束内部，同时采用轴流风机驱动空气流过空冷凝汽器管束外部，利用空气冷却使空冷凝汽器管束内部蒸汽得到冷凝，冷凝水在封闭状态下通过管道收集到一起，经过处理后送回到锅炉给水系统，锅炉加热成高温蒸汽驱动汽轮机，汽轮机排汽再循环进入空冷凝汽器冷却。如此循环，在整个循环冷却过程中没有水的消耗。直接空冷凝汽器主要组件包含：空冷钢结构平台、换热管束、管束管板、管束上联箱、管束下联箱、管束支撑构架、主排汽管道、蝶阀、膨胀节、爆破膜、电机变频器、减速器、风机、凝结水管道、补水管道、真空泵等。
盐罐设备
主要用于储存熔盐的设备，一般采用1个热熔盐罐和1个冷熔盐罐，一般冷熔盐罐尺寸需要略大于热熔盐罐尺寸。
1、熔盐罐的尺寸在建项目常用的直径为35米-37米，高度约15米。
2、冷熔盐罐正常工作温度约为290℃，设计温度约为400℃
3、热熔盐罐正常工作温度约为565℃，设计温度约为600℃
4、盐罐加热器：可以在盐罐内置电加热器，浸入式电加热器的安装结构包括套管和电加热棒。套管平行熔盐罐底板设备，一端通过焊接固定在熔盐罐罐壁上，位于熔盐罐内部的一端端口封闭，位于熔盐罐外部的一端端口开口，开口位于所述熔盐罐的保温层内。
盐泵设备
1、变频热盐泵：高温熔盐泵为高温熔盐流经过热器、再热器、蒸汽发生器、预热器，并最终流至低温熔盐罐提供驱动力。
2、变频调温泵：本变频调温泵安装于低温熔盐罐中，当进入蒸汽发生系统的高温熔盐温度过高时，可通过此泵将低温熔盐泵入掺混调温。
熔盐阀门
熔盐阀门根据安装位置不用参数要求不同，阀门的工作温度根据不同管道位置400度至600度，阀门工作压力根据不同管道位置0.2Mpa-7.0Mpa。
熔盐管道
熔盐管道一般采用耐腐性能好的高温不锈钢，常用的是347H奥氏体不锈钢，其耐晶间腐蚀和耐多硫酸晶间应力腐蚀性能良好，在酸、碱、盐等腐蚀介质中性能较好。
熔盐管道电伴热
属于一种矿物质绝缘加热电缆，需要根据管道的实际情况进行选择。在选择时，需要考虑管道的长度、直径、介质、温度等参数，以及所需的最大伴热功率。
电伴热是超长管道回路中保持流动状态比较经济的一种解决方案，电伴热器主要目是持续给管道保温。通过加装在管道外部，用电热来来补偿熔盐在管道传输过程中的热损失。
熔盐
一般采用二元熔盐（60%硝酸钠与40%硝酸钾），二元熔盐属于一种液态混合熔盐。一般要求熔盐所有杂质总和不得高于0.5％，硝酸熔盐的纯度应达到99.5％，颗粒大小为小于6 mm。
电气系统
主变压器（110KV或220KV）、GIS气体绝缘金属封闭开关（110KV或220KV）、站用电设备、热岛DCS系统（分散控制系统）、电力综合自动化设备、电力涉网设备。